Focalisation spatiale de données avec modulation à étalement de spectre

Spatial data focusing using direct sequence spread spectrum modulation

• Auteur / Autrice : Michael Derrick Odhiambo
• Direction : Julien Sarrazin, Philippe De Doncker
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique, télécommunications et électronique
• Date : Soutenance le 23/02/2021
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Informatique, télécommunications et électronique de Paris (1992-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Génie électrique et électronique de Paris (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1998-....)
• Jury : Président / Présidente : Sébastien Tixeuil
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nel Samama, Alain Sibille

Mots clés

Mots clés contrôlés

Routage (informatique)

Réseaux ad hoc (informatique)

Mots clés libres

Focalisation spatiale de données

Geocasting

Modulation à étalement de spectre

Beamforming

Codes orthogonaux

Canaux à trajets multiples

Spatial Data Focusing

Geocasting

Spread spectrum modulation

Beamforming

Orthogonal codes

Multipath channels

Résumé

Ce travail propose la mise en œuvre de la focalisation spatiale de données (FSD) en utilisant des techniques de spectre étalé. La FSD a récemment été proposée comme alternative aux schémas classiques de focalisation de puissance dans des scenarios de geocasting (diffusion géolocalisée des données). Dans la FSD, ce sont de données à transmettre qui sont traitées de telle qu'elles ne peuvent être décodées qu'à un endroit prédéfini. Ce travail exploite la double orthogonalité due aux IQ et aux séquences orthogonales d'étalement Gold pour concevoir le schéma de focalisation spatiale de données basé sur le IQ et le spectre étalé (DSSS-SDF-IQ). Il est démontré que la FSD permet d’obtenir des faisceaux plus étroits par rapport aux scénarios de focalisation de puissance. La robustesse du schéma proposé est ensuite démontrée par sa mise en œuvre sur un modèle de canal à trajets multiples. Il est démontré que la FSD atteint une largeur de faisceau allant jusqu'à 1 degré avec un réseau de 4 antennes seulement. Le chapitre 1 introduit le concept de géocasting. Le chapitre 2 passe en revue les différentes techniques qui permettent d'obtenir des capacités directionnelles sur les stations de base. Le chapitre 3 présente les principes de l'étalement du spectre par séquence directe basé sur la FSD. Le chapitre 4 étudie l'influence du canal à trajets multiples sur le schéma proposé. Pour tous les cas étudiés ci-dessus, des simulations pertinentes sont mises en œuvre pour valider les discussions. Le chapitre 5 résume le travail avec une conclusion et une perspective sur les orientations possibles de la recherche future.

This work proposes the implementation of Spatial Data Focusing (SDF) using spread spectrum techniques. SDF was recently proposed as a candidate alternative to classical power focusing schemes in wireless geocasting applications. Unlike power focusing approaches where radiated power is directed to a defined direction, in SDF, it is the data to be transmitted that is processed in such a manner that it can only be decoded at a predefined location. This work exploits the dual orthogonality due to classical quadrature components and orthogonal Gold spreading sequences to design the IQ and spread spectrum based spatial data focusing (DSSS-SDF-IQ) scheme. It is demonstrated that SDF attains better spatial selectivity than classical power focusing for a given antenna array size. The robustness of the proposed scheme is subsequently demonstrated by implementing it over a classical Urban Canyon 6-ray multipath channel model, where it is shown that the scheme can exhibit beamwidth as narrow as 1 degree with only a 4-antenna array. In SDF, the beamwidth is defined as the area within which data can be decoded as opposed to classical half power beamwidth. Chapter 1 introduces the concept of geocasting. Chapter 2 reviews the different techniques that enable directional capabilities on base stations. Chapter 3 introduces the principles of direct sequence spread spectrum based SDF. Chapter 4 investigates the influence of multipath channel on DSSS-SDF scheme. For all the cases studied above, relevant simulations are implemeneted to validate the discussions. Chapter 5 summarizes the work with a conclusion and perspective on possible future research directions.